臍橙葉綠素a和b中稀土元素的檢測(cè)

黃書娟，葉誠(chéng)，楊娉娉，袁小勇，楊瑞卿，謝永榮

（贛南師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，江西贛州341000）

臍橙葉綠素a和b中稀土元素的檢測(cè)

黃書娟，葉誠(chéng)，楊娉娉，袁小勇，楊瑞卿，謝永榮

（贛南師范學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，江西贛州341000）

通過柱層析提取臍橙葉中葉綠素a和葉綠素b，用ICP-AES檢測(cè)葉綠素a和b中的稀土元素。結(jié)果表明：臍橙葉綠素a和b中含有微量的稀土元素。這一研究對(duì)理解稀土元素影響贛南臍橙品質(zhì)有一定的參考價(jià)值。

臍橙葉；葉綠素a； 葉綠素b；稀土元素；檢測(cè)

擁有“稀土王國(guó)”著稱的江西贛州，適宜種植臍橙的土壤面積達(dá)450萬(wàn)畝，其中生產(chǎn)的贛南臍橙，果大形正，橙香濃郁，肉質(zhì)脆嫩，爽甜多汁，無核化渣，品質(zhì)極為優(yōu)良，深受廣大消費(fèi)者的喜愛。贛南臍橙的優(yōu)良品質(zhì)被認(rèn)為是與贛南紅土地上富含離子型稀土元素有關(guān)。稀土元素如何促進(jìn)臍橙的生長(zhǎng)，提升贛南臍橙的品質(zhì)引起了人們的研究興趣。

事實(shí)上，有許多關(guān)于稀土元素影響植物生長(zhǎng)的研究報(bào)道。例如，陳愛美等[1]報(bào)道了稀土對(duì)藻類生物效應(yīng)的研究進(jìn)展；董誠(chéng)明等[2]報(bào)道了稀土元素鑭和鈰對(duì)冬凌草再生植株生長(zhǎng)及次生代謝產(chǎn)物的影響；張鳳潔等[3，4]報(bào)道了稀土元素對(duì)糧豆作物種子發(fā)芽、根苗生長(zhǎng)的影響。稀土元素能促進(jìn)植物生長(zhǎng)影響的原因之一是其能增強(qiáng)植物的光合作用[5，6]。

稀土元素在臍橙種植土壤，臍橙的根、莖、葉和果肉中的含量測(cè)定已見報(bào)道[7-9]。但尚未見稀土元素是否存在于臍橙葉綠體中的研究報(bào)道。該文從贛州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)臍橙果園中摘取臍橙葉，利用浸提和柱層析分離提純的方法從臍橙葉中提取出純的臍橙葉綠素a和葉綠素b，再經(jīng)過ICP-AES檢測(cè)臍橙葉綠素a和葉綠素b中的稀土元素含量，證明臍橙葉綠素a和葉綠素b中存在微量稀土元素，為研究稀土元素對(duì)臍橙生長(zhǎng)的影響提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

美國(guó)利曼公司產(chǎn)Prodigy XP型全譜直讀電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜（ICP-AES），UV-2700紫外可見分光度計(jì)（日本島津），BS124S型電子天平（北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司），打漿機(jī)（上海賽康電器有限公司），RE-3000型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（上海亞榮生化儀器廠）。

HCl、HNO3和HClO4（GR級(jí)，西隴化工股份有限公司）。石油醚、丙酮、正丁醇（AR級(jí)，天津市大茂化學(xué)試劑廠）。

實(shí)驗(yàn)用玻璃儀器全部用5%的HNO3浸泡24h以上，用去離子水清洗4次。

1.2 臍橙葉采集與處理

從贛州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)臍橙園中隨機(jī)采集不同臍橙樹上綠色較深的臍橙葉，依次用自來水、蒸餾水和去離子水各清洗3 遍，晾干葉面水分。

1.3 臍橙葉綠素a和b的分離提純

稱取一定量新鮮、洗干凈的臍橙葉，打漿后用丙酮提取，提取液用石油醚萃取，萃取液經(jīng)干燥、濃縮后用硅膠柱層析分離，收集藍(lán)綠色葉綠素a和黃綠色葉綠素b，收集液分別在低溫下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，蒸去石油醚，即得純?nèi)~綠素a和葉綠素b，用紫外-可見吸收光譜驗(yàn)證。工藝流程如圖1所示。

圖1 臍橙葉綠素a和b的分離提純流程圖

1.4 臍橙葉綠素a或b的消解

稱取一定量的臍橙葉綠素a或b，加入盛有8mL混酸溶液（HNO3∶HClO4=4∶1）的錐形瓶中，搖勻，蓋上小玻璃漏斗，在室溫下消解24h后，再加熱消解至溶液變澄清，繼續(xù)加熱趕酸，蒸發(fā)、濃縮至近干。冷卻后，加入5mL 2mol/L HCl，溫?zé)?0min，冷卻，最后用2mol/L HCl定容至10mL比色管中，備用。

1.5 檢測(cè)波長(zhǎng)的選擇

用ICP-AES檢測(cè)臍橙葉綠素a或葉綠素b消解液中的稀土元素，得到La、Ce、Nd、Sm、Eu、Dy、Er、Tm、Yb和Y等10種稀土元素的波譜分別在 379.478、413.660、378.425、359.260、381.967、353.170、390.631、346.220、328.937nm和377.433nm處波形好，兩邊無干擾峰或干擾峰小，可扣除背景。ICP-AES檢測(cè)條件和參數(shù)見表1。

表1 檢測(cè)條件和參數(shù)

2 結(jié)果與討論

2.1 展開劑對(duì)臍橙葉綠素a和b分離提純效果的影響

柱色譜分離臍橙葉綠素a和b，展開劑用石油醚、正丙醇和正丁醇配制。通過調(diào)節(jié)石油醚、正丙醇和正丁醇三者的不同配比，配制不同極性的展開劑，利用薄層層析法檢驗(yàn)展開劑分離臍橙葉綠素a和b的效果。當(dāng)展開劑的比例為石油醚∶丙酮∶正丁醇=70∶12∶1時(shí)，臍橙葉綠素a和b的分離效果較好，如圖2所示，臍橙葉綠素a和b能與其他組分很好地分開。利用該展開劑進(jìn)行臍橙葉綠素a和b的柱色譜分離，獲得純的臍橙葉綠素a和b。

圖2 展開劑分離臍橙葉綠素a和b的效果

2.2 臍橙葉綠素a和b的UV-Vis光譜

用石油醚配制臍橙葉綠素a和b溶液，用UV-2700紫外可見分光度計(jì)在波長(zhǎng)350～700nm范圍內(nèi)掃描，掃描精度為0.1nm，得UV-Vis吸收光譜如圖3所示。

圖3 臍橙葉綠素a和b溶液的UV-Vis吸收光譜

由圖2可知，臍橙葉綠素a的soret吸收帶在410nm和430nm處出現(xiàn)很強(qiáng)的2個(gè)肩峰，在662nm有較強(qiáng)的Q帶，臍橙葉綠素a的soret吸收帶的強(qiáng)度是Q帶的1.23倍。臍橙葉綠素b的soret吸收帶在429nm和455nm出現(xiàn)很強(qiáng)的兩個(gè)肩峰，在645nm有較強(qiáng)的Q帶，臍橙葉綠素b的soret吸收帶的強(qiáng)度是Q帶的2.82，與文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)果相符。表明臍橙葉綠素a和b純度高。

2.3 稀土元素回收率

對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)臍橙葉樣品用標(biāo)準(zhǔn)加入法測(cè)定稀土元素回收率。結(jié)果見表2所示，10種稀土元素的回收率在測(cè)定誤差允許范圍內(nèi)。回收率（%）=（測(cè)定值–樣品濃度）×100/加標(biāo)量。

表2 用標(biāo)準(zhǔn)加入法測(cè)定稀土元素的回收率

2.4 臍橙葉綠素a和b中稀土元素含量

用ICP-AES檢測(cè)葉綠素a和b消解液中稀土元素的含量，結(jié)果如表3所示。

表3 臍橙葉綠素a和b中稀土元素含量

由表3可知，臍橙葉綠素a和b中含有微量的稀土元素，其中以輕稀土元素La、Ce、Nd含量較高。說明臍橙種植土壤中的離子型稀土元素被吸收和運(yùn)轉(zhuǎn)到葉綠體內(nèi)，代替了葉綠素中的微量鎂離子[13]，形成了稀土葉綠素a或b（見圖4），增強(qiáng)了臍橙葉對(duì)太陽(yáng)光的吸收和轉(zhuǎn)換，進(jìn)而促進(jìn)了臍橙的光合作用。

圖4 稀土葉綠素a和b的結(jié)構(gòu)示意圖（Ln為稀土元素）

3 結(jié)語(yǔ)

從臍橙葉中分離提純?nèi)~綠素a和b，用ICP-AES檢測(cè)其中的稀土元素。結(jié)果表明：臍橙葉綠素a和b中存在微量的稀土元素，說明贛南土壤中的稀土元素可以被臍橙果樹吸收和運(yùn)轉(zhuǎn)到臍橙葉綠體中，部分取代葉綠素a或b中的鎂離子，形成微量的稀土葉綠素a或稀土葉綠素b，增強(qiáng)臍橙葉對(duì)太陽(yáng)光的吸收和轉(zhuǎn)化，這可能是提高臍橙果實(shí)品質(zhì)的原因之一。

[1]陳愛美,施慶珊,謝小保,等.稀土對(duì)藻類生物效應(yīng)的研究進(jìn)展[J].稀土，2014,41(4):103-109.

[2]董誠(chéng)明,曹利華,蘇秀紅,等.稀土元素鑭和鈰對(duì)冬凌草再生植株生長(zhǎng)及次生代謝產(chǎn)物的影響[J].廣西植物,2015,21(3):437-441.

[3]張鳳潔,李雪垠,馮變娥,等.稀土浸種對(duì)水旱地小麥根苗生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響[J].激光生物學(xué)報(bào),2014,23(1):90-96,89.

[4]趙倩倩,趙朝宇,徐秋曼,等.稀土金屬鈰對(duì)黃豆種子萌發(fā)及幼苗生理活性的影響[J].天津師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014,34(4):72-75.

[5]李岳麗,王雯,王麗紅,等.環(huán)境中鑭對(duì)水稻葉綠體功能元素的影響[J].稀土,2015,42(2):107-112.

[6]謝永榮,楊娉娉,馬巧,等.稀土元素對(duì)作物生長(zhǎng)的影響[J].作物雜志，2011,27(1)：5-9.

[7]汪振立,徐明,鄧通德,等.自然土壤環(huán)境下臍橙植物體稀土累積特征[J].中國(guó)稀土學(xué)報(bào)，2009,27(5)：704-710.

[8]Cheng J J, Ding C F, Li X G, et al. Rare Earth Element Transfer from Soil to Navel Orange Pulp (Citrus sinensis Osbeck cv. Newhall) and the Effects on Internal Fruit Quality[J]. PLOS ONE, 2015, 10(3): 1-15.

[9]Hu S L, Xue J, Lin Y, et al. Determination of Rare Earth Elements in Navel Oranges from Different Geographical Regions of China by Inductively Coupled Plasma-mass Spectrometry[J]. Analytical Letters, 2014, 47(8): 1400-1408.

Detection of Rare Earth Elements in Orange Chlorophyll a and b

Huang Shu-juan, Ye Cheng, Yang Ping-ping, Yuan Xiao-yong, Yang Rui-qing, Xie Yong-rong*
(College of Chemistry and Chemical Engineering, Gannan Normal University, Jiangxi Ganzhou 341000)

Chlorophyll a and b in navel Orange leaves were extracted by column chromatography. Rare earth elements in chlorophyll a and b were detected though using ICP-AES. The results showed that there were trace amounts of rare earth elements in the chlorophyll a and b of navel oranges. The results have some reference values for understanding how the quality of Gannan navel oranges was influenced by the rare earth elements.

Navel oranges leaves; Chlorophyll a; Chlorophyll b; Rare earth elements; Detection

O657.31

A

2096-0387（2016）02-001-03

贛州市科研重大項(xiàng)目（贛市財(cái)教字[2014]131號(hào)）；贛州市果業(yè)基金計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)0812005）；研究生創(chuàng)新專項(xiàng)資金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)YCX14B005）。

黃書娟（1989-），女，寧都人，在讀碩士，研究方向：有機(jī)及分析化學(xué)。

謝永榮，教授，碩士生導(dǎo)師。